Диоксид азота

Введение

Химическое соединение с формулой NO₂

Свойства

Диоксид азота — красно-коричневый газ с резким, едким запахом, который переходит в желтовато-коричневую жидкость при более низких температурах. Он находится в равновесии со своим димером, тетроксидом азота (N₂O₄), и почти полностью превращается в N₂O₄ при более низких температурах, что уменьшает альфа-эффект по сравнению с нитритом и создает слабое взаимодействие с неподеленными электронными парами кислорода. Наличие неспаренного электрона в NO₂ также означает, что это соединение является свободным радикалом, поэтому формула диоксида азота часто записывается как •NO₂. Красно-коричневый цвет обусловлен преимущественным поглощением света в синей области спектра (400–500 нм), хотя поглощение простирается по всему видимому спектру (при более коротких длинах волн) и в инфракрасную область (при более длинных длинах волн). Поглощение света с длиной волны менее 400 нм приводит к фотолизу (с образованием NO + O, атомарного кислорода); в атмосфере присоединение образовавшегося таким образом атома кислорода к O₂ приводит к образованию озона.

Как окислитель

Как следует из слабости связи N–O, диоксид азота (NO2) является сильным окислителем. Соответственно, он может воспламеняться, иногда со взрывом, в присутствии углеводородов.

Перевод на нитраты

NO2 используется для получения безводных нитратов металлов из оксидов. Например, он реагирует с амидами, получая N-нитрозопроизводные. Он используется для нитрования в безводных условиях.

Применение

NO2 используется в качестве промежуточного продукта при производстве азотной кислоты, как нитрующий агент при производстве химических взрывчатых веществ, как ингибитор полимеризации акрилатов, как отбеливатель муки и как стерилизующее средство при комнатной температуре. Он также применяется в качестве окислителя в ракетном топливе, например, в красной дымящей азотной кислоте; он использовался в ракетах "Титан" для запуска проекта "Джемини", в маневровых двигателях космического челнока и в беспилотных космических зондах, отправленных к различным планетам.

Присутствие в окружающей среде

Диоксид азота обычно образуется в результате окисления оксида азота кислородом воздуха (например, вследствие коронного разряда).

Токсичность

NO2 диффундирует в эпителиальную жидкость (ELF) дыхательного эпителия и растворяется. Там он химически реагирует с антиоксидантами и липидными молекулами в ELF. Неблагоприятное воздействие NO2 обусловлено продуктами реакции или их метаболитами – реактивными азотными соединениями и реактивными кислородными соединениями, которые могут вызывать бронхоспазм, воспаление, ослабление иммунного ответа и оказывать влияние на сердечно-сосудистую систему.

Острое воздействие

Острые поражения, вызванные воздействием NO2, встречаются редко. 100–200 ppm могут вызвать легкое раздражение носа и горла, 250–500 ppm могут вызвать отек, приводящий к бронхиту или пневмонии, а концентрации выше 1000 ppm могут привести к смерти от удушья из-за скопления жидкости в легких. Часто в момент воздействия симптомы отсутствуют, за исключением кратковременного кашля, усталости или тошноты, но через несколько часов воспаление в легких вызывает отек. При попадании на кожу или в глаза пораженный участок промывают физиологическим раствором. При ингаляции назначают кислородотерапию, могут быть назначены бронходилататоры, а при признаках метгемоглобинемии – состояния, возникающего при воздействии азотсодержащих соединений на гемоглобин эритроцитов – может быть введен метиленовый синий. В Соединенных Штатах он классифицируется как особо опасное вещество в соответствии с разделом 302 Закона США о планировании действий в чрезвычайных ситуациях и праве населения на информацию (42 U.S.C. 11002) и подлежит строгим требованиям к отчетности для предприятий, производящих, хранящих или использующих его в значительных количествах.

Долгосрочные

[Файл: No2toxpathwaysEPA.png|мини|Возможные пути, связанные с длительным воздействием диоксида азота. Пунктирные линии указывают на данные, подтвержденные только исследованиями на животных, а сплошные линии – на данные, полученные в ходе контролируемых исследований на людях. Штрихпунктирные линии указывают на предполагаемые связи с обострением астмы и инфекциями дыхательных путей. ELF = жидкость эпителиальной оболочки. Дети, подвергшиеся воздействию NO2, чаще госпитализируются с астмой. Приготовление пищи на газовой плите коррелирует с детской астмой, однако по состоянию на 2023 год причинно-следственная связь не была доказана.

Экологические последствия

Взаимодействие NO2 и других NO{x} с водой, кислородом и другими химическими веществами в атмосфере может приводить к образованию кислотных дождей, которые наносят вред чувствительным экосистемам, таким как озера и леса. Повышенные уровни NO{x} также могут наносить вред растительности, замедляя рост и снижая урожайность сельскохозяйственных культур.